麻省理工学院的工程师们开发了一种新型海水淡化系统，能够根据太阳的变化进行运行。研究人员在《自然水》期刊上发布了有关该系统的详细信息。
该太阳能供电系统能够迅速从水中去除盐分，随着阳光强度的变化自动调整脱盐速度，确保在阳光明媚或阴云密布时都能高效工作。
由于该系统能快速响应阳光的变化，能够在不同的光照条件下最大化太阳能的利用，生产大量清洁水。与其他太阳能驱动的海水淡化系统相比，麻省理工学院的设计无需额外电池或电网供电。
工程师们在新墨西哥州的地下水井中测试了一个社区规模的原型，经过六个月的不同天气和水质条件的测试，系统平均利用94%以上的太阳能电池板产生的电能，每天可生产高达5000升水。
麻省理工学院机械工程教授阿莫斯·温特表示：“传统的海水淡化技术依赖于稳定的电力和电池存储，而我们的技术通过与太阳同步的电力消耗，直接有效地利用太阳能来生产水。”
他补充道：“在不需要电池的情况下，利用可再生能源生产饮用水是一个巨大的挑战，而我们成功了。”
该系统专门用于淡化微咸地下水，这种水源在地下水库中较为常见，研究人员认为它是一个巨大的潜在饮用水来源，尤其是在淡水资源紧张的地区。
他们设想，这种新型的可再生、无电池的系统能够以低成本为内陆社区提供急需的饮用水，尤其是那些获取海水和电网电力有限的地区。
麻省理工学院的博士生乔纳森·贝塞特指出：“大多数人居住在离海岸较远的地方，海水淡化技术无法惠及他们，因此他们严重依赖地下水，而气候变化使得地下水越来越咸。”
他表示：“这项技术能够为全球贫困地区提供可持续、负担得起的清洁水。”
泵和流量
温特和他的团队在之前的设计基础上，开发了这个新系统，旨在通过“灵活的批量电渗析”来淡化海水。
电渗析和反渗透是淡化微咸地下水的两种主要方法。反渗透通过压力将含盐水抽过膜来过滤盐分，而电渗析则利用电场抽取盐离子。
科学家们一直在探索如何用可再生能源为这两种方法提供动力，尤其是反渗透系统，因为它们通常需要稳定的电力供应。
冬季，温特和他的同事们专注于电渗析，寻找一种能够灵活应对可再生太阳能变化的“时变”系统。
在之前的设计中，团队构建了一个由水泵、离子交换膜堆和太阳能电池板组成的电渗析系统。
该系统的创新之处在于基于模型的控制系统，利用来自各部分的传感器数据来预测最佳的水泵流量和施加的电压，以最大限度地去除水中的盐分。
在实地测试中，系统能够根据太阳的变化调整水量，平均直接使用太阳能电池板产生的77%的电能，效率比传统设计高出91%。
尽管如此，研究人员认为仍有改进空间。
温特表示：“我们每三分钟只能计算一次，而在这段时间内，云层可能会遮住太阳，导致能量供应的突然下降。”
太阳能的命令
在最新的研究中，研究人员希望通过将系统的响应时间缩短到几分之一秒来消除对电池的需求。新系统能够每秒更新脱盐速度三到五次，快速响应使其能够适应全天的阳光变化。
脱盐灵活性的关键在于贝塞特和普拉特设计的一种更简单的控制策略，系统首先感知太阳能电池板产生的电量。
如果面板产生的能量超过系统的需求，控制器会自动“指令”系统增加水泵的流量，同时通过增加电流来利用多余的太阳能，从快速流动的水中去除更多盐分。
温特解释道：“假设太阳每隔几秒就升起一次。”
“每秒三次，我们会查看太阳能电池板，发现有更多电力，就会提高流速和电流。”当再次发现有多余能量时，系统会再次调整。通过这种方式，我们能够在一天中精确匹配消耗的电力与可用的太阳能，循环越快，所需的电池缓冲就越少。”
工程师们将新的控制策略整合到一个完全自动化的系统中，调整其以淡化咸淡地下水，日均淡化量足以供应约3000人的小社区。他们在新墨西哥州阿拉莫戈多的微咸地下水国家研究机构的几口井上运行了六个月的系统。
在整个试验过程中，原型机在各种太阳能条件下运行，平均利用超过94%的太阳能电池板电能直接为海水淡化提供动力。
温特表示：“与传统的太阳能脱盐系统相比，我们将所需的电池容量减少了近100%。”
工程师们计划进一步测试并扩大该系统的规模，以期为更大的社区，甚至整个城市提供低成本的、完全由太阳能驱动的饮用水。
贝塞特表示：“虽然这是向前迈出的重要一步，但我们仍在努力开发更低成本、更可持续的海水淡化方法。”
普拉特补充道：“我们现在的重点是测试，最大限度地提高可靠性，并建立一条产品线，为全球多个市场提供使用可再生能源的淡化水。”
该团队将在未来几个月内基于他们的技术成立一家公司。该研究的共同作者包括贝塞特、温特和高级工程师肖恩·普拉特。
更多信息:通过流量指挥电流控制的直接驱动光伏电渗析，Nature Water(2024)。DOI: 10.1038/s44221-024-00314-6期刊信息:自然水由麻省理工学院提供
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引用:太阳能海水淡化系统不需要额外的电池，可以以低成本提供饮用水(2024年10月8日 作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司 内容仅供参考之用。本文来自作者[觅翠]投稿，不代表依然号立场，如若转载，请注明出处：https://wap.yrqmq.cn/cshi/202507-607.html
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